【導讀】滑動水口是安裝在鋼包底部的裝置，是連鑄機的關鍵設備之一。動水口液壓系統(tǒng)主要為滑動水口的開啟與關閉提供動力并實現(xiàn)位置控制。主要包括系統(tǒng)的設計與計算以及液壓元件的選型、集成塊的設計、油箱的設計、泵站的設計等。該系統(tǒng)要使滑動水口在一定負載下按給定速度打開。水口仍能開關兩到三次，從而防止鋼水在鋼包中冷卻凝固。所設計的液壓系統(tǒng)能夠滿足某鋼鐵廠的實際生產(chǎn)要求。

　　

【正文】 0 所以： 3 61 42/ 1 0 0 1 0 / 0 . 9 5p 1 7 . 8 7 1 0 1 7 . 95 8 . 8 7 1 0cmF P a M P aA? ??? ? ? ? ?? () 活塞桿向左移動， 滑動水口關閉時 ,外負載幾乎為零，故上述壓力一定滿足要 求。 由于壓力損失的存在，系統(tǒng)壓力應高于上述計算值。系統(tǒng)壓力損失包括管路的沿程壓力損失 1pl? 、局部壓力損失 2pl? 和液壓閥類元件的局部壓力損失 vp? 。初步估計管路壓力損失為： pl? =， 各類閥的壓力損失為： vp? =， 則油泵出口處的壓力約為： pp = 1 7 .9 + 0 .5 + 0 .5 = 1 8 .9 aMP 故初選系統(tǒng)壓力： P=19MPa 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 59 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 擬定液壓系統(tǒng)原理圖是液壓系 統(tǒng)設計中的一個重要步驟。這一步要做的工作：一是選擇基本回路，二是 把基本回路組成液壓系統(tǒng)。 [7] 選擇基本回路 1. 調速回路確定 目前，常用的調速方法為： (1)節(jié)流調速 采用定量泵供壓力油，由流量控制閥改變流入或流出執(zhí)行元件的流量來調節(jié)速度。 (2)容積調速 改變變量泵或變量馬達的排量來調節(jié)速度。 (3)容積節(jié)流調速 采用壓力反饋式變量泵供油，同時用流量控制閥改變流入或流出執(zhí)行元件的流量來調節(jié)速度。 本系統(tǒng)使用定量泵供油，實現(xiàn)的功能較簡單，控制精度要求較低，故選用節(jié)流調速方式，經(jīng)濟實用。節(jié)流調速是由定量泵、流量控制閥、溢流閥和執(zhí)行元件組成。通過改變流量控制閥口的開度來控制流入或流出執(zhí)行元件的流量，調節(jié)執(zhí)行元件的運動速度。這種回路的優(yōu)點是結構簡單、成本低，使用維護方便。節(jié)流調速回路按照流量控制閥安裝位置的不同可分：進口節(jié)流、出口節(jié)流、旁路節(jié)流和復合節(jié)流調速幾種；根據(jù)流量閥控制方式的不同又可分為常規(guī)節(jié)流調速和電液比例節(jié)流調速兩種。 進口節(jié)流調速回路 ： q pP pΔ qA Tq 1 p1A 1 A 2p 2= 0Fv 圖 進口節(jié)流 調速回路 這種調速回路是將節(jié)流閥安放在定量泵和液壓缸之間，如圖 所示。 在相應與泵出口壓力為溢流閥的調定壓力時，調整節(jié)流口面積的大小，能使液壓缸從安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 59 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 全速到接近零速之間實現(xiàn)無極調速（最低可調速度取決于最小穩(wěn)定流量）。這種形式調速范圍較寬，調速比可達 100 以上。存在的主要問題是：在調速階段泵的出口壓力過高，節(jié)流和溢流損失的能量較多，尤其實在輕載低速情況下更為明顯，造成系統(tǒng)發(fā)熱和效率降低，節(jié)流的熱油直接進入執(zhí)行元件使內(nèi)漏增加；外負載的變化影響主油路和旁油路流阻相對平衡，故速度調節(jié)的穩(wěn)定性差；進口節(jié)流調速不宜與負載 較重、速度較高和負載變化較大場合，且液壓缸五背壓，不能承受負值載荷，運動不平穩(wěn)，易產(chǎn)生振動和爬行，應用較小。 回油節(jié)流調速回路： q pP pΔ qA Tq 1 p1=P pA 1 A 2p 2Fvp 3=0 圖 回油節(jié)流調速回路 這種調速回路是將節(jié)流閥放在回油路上，用它來控制從液壓缸流回油腔流出流量，從而也就控制了進入液壓缸的流量，從而也就控制了流入液壓缸的流量，從而也就控制了液壓缸的速度，如圖 所示。 回油節(jié)流調速回路與進口節(jié)流調速比較有以下優(yōu)點：可承受負向載荷（即和運動方向相同的負載），缸有背壓，空氣不易滲入，運動平穩(wěn)；油液通過節(jié)流閥發(fā)熱后直接流回油箱冷卻，溫升較小，可減少對系統(tǒng)泄漏的影響。缺點是回油腔壓力高，能量損失大，而且系統(tǒng)高壓區(qū)的范圍擴大，因此對液壓缸，管路強度及防泄漏要求都較高，尤其在承受負值載荷的情況下，背壓 2p 有可能大于 1p 值甚至超過系統(tǒng)調定壓力。這就需要提高背壓區(qū)的結構強度和密封性能，此外，速度調節(jié)的穩(wěn)定性亦受外負載變化的影響，波動較大。與進油節(jié)流調速一樣，一般適用于小功率，負載變化不大的液壓系統(tǒng)。但由于運動較進油節(jié)流調速平穩(wěn)，應用亦較之多。 旁路節(jié)流調速 回路： 這種調速回路是把節(jié)流閥放在與液壓缸相并聯(lián)的支路上，如圖 所示。節(jié)流閥在調節(jié)液壓缸流量的同時，起溢出流量的作用，回路中的溢流閥起安全閥作用。這種回路適用于負載大、速度高的場合。這種調速回路泵的泄漏對速度影響很大。旁路調速速度穩(wěn)定性差，特別低速時更為顯著。旁路調速的優(yōu)點是：泵壓安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 59 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 隨負載變化而變化，負載減小時，使油壓也減小，所以在能量利用上比其他兩種節(jié)流閥調速較合理。因此旁路節(jié)流調速可適用功率大，運動平穩(wěn)性要求不高的場合。 q p PpΔ qA Tq 1p 1A 1 A 2p 2=0 Fvq T 圖 旁路節(jié)流調速回路 由前文負載分析可知，本液壓系統(tǒng)所要驅動的外負載速 度較低、變化較小，且為中等負載?；瑒铀诳刂其撍牧鲃?，對平穩(wěn)性要求較高，因此旁路節(jié)流調速方式不適用。 進口節(jié)流調速回路與出口節(jié)流調速回路相比，調速范圍大，且出口節(jié)流調速回路能量損失大。有上述分析可知，本系統(tǒng)采用進口節(jié)流調速回路較為適合。 2. 油路循環(huán)形式與 油源形式的確定 液壓系統(tǒng)油路循環(huán)形式有開式和閉式兩種。這主要取決于系統(tǒng)的調速方式：節(jié)流調速、容積節(jié)流調速只能采用開式系統(tǒng)，容積調速回路多采用閉式系統(tǒng)。故本系統(tǒng)采用開式系統(tǒng)。 在一個工作循環(huán)過程中，系統(tǒng)只有一小部分時間處于高壓小流量下工作，故可選用單向定量油泵即可 滿足使用要求。 換向回路的確定 鎖緊回路可使液壓缸活塞在任意位置停止，并可防止其停止后竄動。三位四通換向閥中位 0型或 M型滑閥機能可以使活塞桿在形成范圍內(nèi)任何位置停止，但由于滑閥的泄漏，能保持停止位置不動的性能不高，而本系統(tǒng)涉及安全問題，對鎖緊要求較高，因而用泄漏較小的座閥結構液控單向閥作為鎖緊元件。在液壓缸兩側油路上串接液控單向閥，換向閥中位時活塞可以在行程的任何位置鎖緊。 采用換向閥可以使執(zhí)行元件換向，三位換向閥有中位，不同的中位滑閥機能可使液壓系統(tǒng)獲得不同的性能。本系統(tǒng)采用三位換向閥實現(xiàn)液 壓缸的換向，并采用 Y 型中位機能，因為換向閥中位時希望液控單向閥的控制油路立即失壓，單向閥才能關閉，定位鎖緊精度高。如圖 所示。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 59 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 液壓泵的卸荷就是讓液壓泵以很小的輸出功率運轉。停液壓泵也可使液壓泵和電動機不輸出能量，但頻繁的地啟、停影響液壓泵和電動機的壽命，為此需要設置卸荷回路。本系統(tǒng)采用換向閥使壓力油管道與回油管道聯(lián)通實現(xiàn)泵的換向。 圖 用液控單向閥的鎖緊回路 考慮到突然停電的情況，系統(tǒng)中設置了蓄能器，使系統(tǒng)在泵停止工作時 ， 滑動水口仍能開關兩到三次，從 而防止鋼水在鋼包中冷卻凝固。蓄能器作為輔助液壓源使用。換向閥、單向閥、蓄能器組成的蓄能器回路如下所示。 PT 圖 蓄能器回路 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 59 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 組成系統(tǒng)圖 在選定的基本回路基礎上， 參看 [11] [12] [13] [14] [15]等，組成一個完整的液壓系統(tǒng)，如 圖 所示。 圖 液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)原理圖分析 自動控制回路分析 電磁換向閥 11 處于中位時，兩個液控單向閥構成液壓鎖。該液壓鎖能夠保證液壓缸在行程范圍內(nèi)任何位置停止，泄漏很小，鎖緊效果很好。在一次注入鋼水結束后，滑動水口 完全關閉，電磁換向閥 11處于中位，鎖緊液壓缸的位置，等待鋼水的注入，防止事故的發(fā)生。 電磁換向閥 11 處于左位時，形成進口節(jié)流調速回路。壓力油經(jīng)過電磁換向閥 1液控單向閥 單向節(jié)流閥 10進入液壓缸有桿腔，無桿腔通過單向閥 液控單向閥 電磁換向閥 11 直接接回油箱。液壓缸活塞桿向左退回，帶動滑動水口下滑板向左移動，水口打開，鋼水向下流入中間包。調節(jié)單向節(jié)流閥的開安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 59 頁 第 22 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 度，可以調節(jié)滑動水口打開與關閉的速度。 電磁換向閥處于右位時與上述相同，壓力油接液壓缸無桿腔， 液壓缸有桿腔接回油箱， 活塞桿向右運動，滑動水口關閉 。 通過設置壓力繼電器，可以實現(xiàn)水口開關的自動控制。 如滑動水口完全打開后， 繼續(xù)進入液壓缸有桿腔，壓力升高，壓力繼電器發(fā)出信號，電磁換向閥 11動作，切換到中位，液壓缸鎖緊。同理，水口完全關閉時，液壓缸無桿腔壓力升高，壓力繼電器發(fā)出信號，電磁換向閥動作，切換到中位，保證液壓缸鎖緊，以免事故的發(fā)生。 手動控制回路分析 手動控 制回路工作原理與上述自動控制回路基本相同，不同的是此回路沒有設置壓力繼電器，通過人工按按鈕實現(xiàn)電磁換向閥的換向。設置此回路是因為自動控制回路不穩(wěn)定，長時間使用可能失效而影響生產(chǎn)。設置手動 控制回路以作備用。 緊急關閉回路分析 某些時候需要緊急關閉滑動水口，因此設置了緊急關閉回路。此回路由 電磁換向閥 1單向閥 3組成，如圖 中所示。工作原理如下：正常工作情況下，電磁換向閥 12 在彈簧作用下處于左位，由于單向閥的單向通流作用，此回路對水口的開啟與關閉不產(chǎn)生任何影響。 當遇到緊急情況時，需要關閉滑動水口，不論活塞桿在什么位置，只需 使電磁換向閥 12通電，使其切換到右位即可。某時刻電磁換向閥 11 處于左位時，液壓缸活塞桿向左移動，滑動水口正在打開。此時，電磁換向閥 12通電，切換到右位 。壓力油通過電 磁換向閥 12，單向閥 進入液壓缸左側，活塞桿向右移動，帶動滑動水口關閉。原通過電磁換向閥 11進入液壓缸右側的壓力油通過單向閥 、電磁換向閥 12 流回油箱，對活塞桿的運動不再產(chǎn)生影響。 因此，該緊急關閉回路能夠在需要時關閉滑動水口，滿足使用要求。 卸荷回路分析 液壓系統(tǒng)工作時，執(zhí)行元件短時間停